不同积温模型对枸杞生育期预测的评估

杨 苑，党张利，钱倩霞，白春燕

(1.中国气象局 旱区特色农业气象灾害监测预警与风险管理重点实验室,宁夏 银川 750000;2.宁夏气象防灾减灾重点实验室,宁夏 银川 750000;3.宁夏中卫市气象局，宁夏 中卫 755000；4.宁夏回族自治区人工影响天气中心,宁夏 银川 750000；5.河北省气象灾害防御中心，河北 石家庄 050021)

0 引言

枸杞属茄科植物，是我国传统的名贵中药材和重要的经济作物[1]。天下黄河富宁夏，中宁枸杞甲天下。中宁枸杞是中宁县的传统优势产业，是富民的红色产业，如今已成为中宁县对外宣传的一张靓丽名片。2018年中宁县枸杞种植面积约13.33万hm2，干果产量达43.83万t。气候环境对枸杞生长发育影响较大，各生育期的时间因各地平均气温不同有所不同[2]。在枸杞育苗、田间管理、病虫害防治、灾害防御等生产中，生育期的预测至关重要。

生育期是作物完成不同生长发育阶段的有效积温累积[3]，有效积温是指在某时段内有效温度的总和即日平均气温达生物学下限温度以上温度的总和[4]。目前，对于小麦[5]、玉米[6]、水稻[7]等大田作物的生育期研究较广，针对枸杞生育期模型方面的研究很少。为了解气象因子对枸杞生长的影响，为枸杞生长发育的预报提供科学依据，笔者利用中宁县10 a的枸杞观测资料和气温数据，确定沈国权非线性积温模型的参数，对比分析李森科线性积温和沈国权非线性积温模型预测枸杞生育期的差异，确定适合中宁本地枸杞生育期预测的模型及其参数，并分析枸杞在不同生育期有效积温的差异。

1 研究区域概况

中宁县年平均气温9.8℃，年平均降水206.7 mm，是世界枸杞的发源地和正宗原产地，1961年被农业部命名为中国枸杞生产基地县，1995年，被国务院命名为“中国枸杞之乡”。舟塔乡万亩无公害枸杞示范园，是集生产、旅游、观光于一体的综合无公害枸杞种植示范园区。距中宁县城约8 km，与中宁县气候特征相同。

由于中宁县舟塔乡自动站建于2010年7月，资料正常使用也在2010年7月，研究是以2007-2016年资料为基础研究资料，为确保数据的一致性，使用2007-2016年中宁舟塔乡的枸杞生长发育资料与中宁国家基本气象站的气象数据。

2 研究方法

根据枸杞生长发育和气象服务需求，笔者将枸杞的生育期划分为春梢生长-春梢现蕾、春梢现蕾-夏果形成、夏果形成-夏果成熟、夏果成熟-秋梢生长、秋梢生长-秋梢开花、秋梢开花-秋果成熟共6个阶段。

2.1 确定三基点温度

枸杞在不同的发育期都有不同的下限温度B、上限温度M、最适温度T0。根据相关文献资料和田间生产管理经验，将总结中宁枸杞主要生长发育阶段的三基点温度如表1。

表1 枸杞发育期的三基点温度 (℃)

2.2 建立模型

2.2.1 李森科线性积温模型 温度达到作物生长发育的下限温度后，其发育速度随温度的增加而加快，并且单位温度对作物的生长发育影响是定量的[8]。换言之，作物生长发育期不随作物发育阶段的不同而发生变化，因此李森科线性积温模型所表示的积温是稳定的。具体模型表述为：

∑T=A+nB

(1)

2.2.2 沈国权非线性积温模型 沈国权[9～10]结合作物生长发育不同阶段的三基点温度，认为生物的生长速度与温度之间存在非线性的关系，具体表达式为：

(2)

其中，K、P、Q 为参数，B 为下限温度，M 为上限温度，n 为生育期的天数，1/n 为生长发育的速度，T 为生育期的平均温度。在数据样本数比较少的情况，据经验，P一般可定0.5或0.5～1.0范围任意值[9]，为方便研究，取P=0.5。

结合常用积温公式，沈国权非线性积温模型的有效积温计算方式为：A(T)=K(T-B)-P(M-T)-1-Q。通过建立对数关系，结合上述公式，将公式转换成ln(M-T)+1.5ln(T-B)+ln n=-Qln(M-T)+lnK，再利用线性回归确定不同生育期的系数Q、K(如表2)。

表2 沈国权非线性积温模型在中宁枸杞中的参数

针对非线性积温模型，温度从下限到最适的升高过程中，生长发育速度同时也增加；从最适到上限的升高过程中，生长发育速度反而减小。沈国权提出，在作物全部生长发育期，在模型参数中，若 P

对于沈国权规定的P、Q>0，从表2的结果中

发现，沈国权非线性积温模型在计算中宁枸杞获得的参数均为有效数据。对春梢现蕾—夏果形成、夏果成熟期—秋梢生长P>Q外，其他生长发育阶段P均小于Q，说明中宁枸杞在春梢生长-春梢现蕾、夏果形成-夏果成熟、秋梢生长-秋梢开花、秋梢开花-秋果成熟4个生长发育阶段从低温到最适温度的发育速度随温度升高增加很快，达到最适温度后，虽然随温度增加发育速度减慢，但减慢的速度较小。由于每个生育期的P值一致，通过比较Q值，发现春梢现蕾—夏果形成期的Q值最大，此生长发育阶段生长速度随温度的升高增长速度最快，说明此阶段对温度变化最为敏感。

3 模型的评价

图 常用线性积温法和沈国权非线性积温法计算的枸杞活动积温对比

通过对比常用积温方法与沈国权积温方法计算的有效积温年际变化，发现：两种模式计算的有效积温年际变化趋势基本一致，而非线性模式计算的有效积温更平缓。对比六个发育期发现：春梢生长-春梢现蕾期的有效积温在140～260℃·d，2012年前线性积温大于非线性积温，之后小于非线性积温；春梢现蕾-夏果形成期积温在120～270℃·d，2010年前线性积温小于非线性积温，之后大于非线性积温；夏果形成-夏果成熟期积温在11～150℃·d，2007-2012年两种模式计算的积温基本一致，之后上下波动；夏果成熟期-秋梢生长期积温在280～530℃·d，2012年前线性积温小于非线性积温，之后大于非线性积温；秋梢生长-秋梢开花期积温在52～150℃·d，两种模式计算的积温基本一致；秋梢开花-秋果成熟期积温在250～380℃·d，2007-2009年两种模式的积温差异较大，最大差值为56℃·d，2000-2004线性积温大于非线性积温，2005、2006年小于非线性积温。

4 讨论与结论

(1)沈国权非线性积温方法适用于中宁枸杞发育期的预测，通过10 a枸杞观测数据和中宁国家基本气象观测站的数据模拟，得到沈国权非线性积温模型的参数(如表2)。

(2)利用非线性积温模型模拟中宁枸杞生长发育过程中，发现：非线性方法模拟中宁枸杞的有效积温年际波动不明显；对比分析枸杞六个发育期有效积温的年际变化，春梢生长-春梢现蕾、春梢现蕾-夏果形成、夏果形成-夏果成熟、秋梢生长-秋梢开花、秋梢开花-秋果成熟五个阶段的模拟效果较夏果成熟期-秋梢生长期效果更好。

(3)线性积温模型模拟的有效积温波动性较明显，与非线性积温模式比较，模拟效果较差。

(4)中宁枸杞在生长发育六个阶段，所需的有效积温存在明显差异。其中，夏果成熟期-秋梢生长期所需积温最高，平均有效积温需达到439℃·d，而夏果形成-夏果成熟所需积温最低，平均值只要达到94℃·d。